jurusan teknik kelautan ftk...

Mahasin Maulana Ahmad (4309.100.704)Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS

2013

Dosen Pembimbing :Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc, Ph.DIr. Murdjito, M.Sc.Eng

Pergerakan FPSO di laut dalam sangatlahrentan terhadap keamanan produksi saatberoperasi

Kinerja sistem tambat Single Point MooringFPSO

Tension pada mooring line Kestabilan buoy saat beroperasi

Bagaimana perilaku gerak FPSO pada saat freefloating dan pada saat tertambat ke SPM CALMBuoy dengan variasi tipe buoy?

Bagaimana perilaku gerak SPM CALM Buoy padasaat terikat dengan FPSO?

Berapa besar Tension pada mooring FPSO akibatpengaruh variasi tipe buoy?

Bagaimana stabilitas dan juga offset maksimumyang terjadi pada SPM saat terikat pada FPSO?

Mengetahui perilaku gerak FPSO pada saatfree floating dan pada saat tertambat ke SPMCALM Buoy dengan variasi tipe buoy.

Mengetahui perilaku gerak SPM CALM Buoypada saat terikat dengan FPSO. Mengetahuibesar Tension pada mooring FPSO akibatpengaruh variasi tipe buoy?

Mengetahui stabilitas dan offset maksimumyang terjadi pada SPM CALM Buoy saat terikatpada FPSO.

Manfaat yang dapat diambil dalam penelitiantugas akhir ini adalah dapat mengetahuiperilaku gerak FPSO dan SBM pada saat freefloating dan pada saat tertambat serta untukmengetahui tension pada mooring line danjuga offset dan kestabilan buoy saatberoperasi dengan variasi tipe buoy

FPSO yang digunakan adalah FPSO "Brotojoyo" dengan met-ocean Cinta Natomas(Labuhan Maringgai Sumatra) diamana FSRU pernah beroperasi.

Tipe buoy yang digunakan adalah SBM Inc, SBM #1134, SBM #1039 dan SBMBelanak.

Analisis dilakukan pada saat CALM buoy tertambat dengan FPSO. Analisis dilakukan pada kondisi weather vanning dengan kondisi inline dan

between line. Analisis dilakukan pada kondisi ULS dan ALS. Kondisi seabed dianggap datar. Jangkar dianggap mampu menahan beban yang bekerja dan tidak mengalami

perpindahan. Segala peralatan dan perlengkapan yang ada diatas FPSO maupun buoy tidak

dimodelkan. Beban lingkungan yang digunakan adalah beban gelombang, angin dan arus

dengan arah pembebanan head seas. Riser tidak dimodelkan. Desain pemodelan FPSO dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Maxsurf

dan juga Moses. Perhitungan RAO FPSO dan Tension menggunakan perangkat lunak Moses. Standart yang digunakan adalah ABS (American Bureau of Shipping.

Tori Gerak bangunan Apung

Dimana: Mjk = matriks massa dan momen inersia massa bangunan laut Ajk = matriks koefisien-koefisien massa tambah hidrodinamik Bjk = matriks koefisien-koefisien redaman hidrodinamik Kjk = matriks koefisien-koefisien kekakuan atau gaya dan momen

hidrostatik Fj = matriks gaya eksitasi (F1, F2, F3) dan momen eksitasi (F4, F5, F6)

dalamfungsi kompleks (dinyatakan oleh eiωt)

( )[ ] 6,....3,2,1,;6

1==+++∑

=

kje tij

nkjkkjkkjkjk

ωζζζ FKBAM

Beban Angin Beban Arus Beban Gelombang Wave Drift Forces

ρw = massa jenis udara AT = total tranverse area(m2) AL = total lateral area (m2) C1W = koefisien tahanan dalam arah longitudinal C2W = koefisien tahanan dalam arah transversal C6W = koefisien tahanan dalam arah yaw VWR = kecepatan angin(m/s) ψWR = sudut relatif angin V10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 m (m/s) y = ketinggian dimana kecepatan angin dihitung (m) x = faktor eksponen (≈0,16) , (m)

Dengan: ρ = massa jenis air laut L = panjang vessel T = tinggi sarat vessel C1C = koefisien tahanan arah longitudinal C2C = koefisien tahanan arah transversal C6C = koefisien tahanan arah yaw kecepatan relativ pada vessel berhubungan dengan arus sudut relativ pada arus

( )( )( ) 2

66

222

211

5.0

5.0

5.0

CRCRCStatC

CRCRCStatC

CRCRCStatC

VLTCFVLTCFVLTCF

ψρψρψρ

=

=

=

−

−

−

( )22RRCR vuV +=

( )RRCR uv /arctan −=ψ

Beban Gelombang First Order

: gaya gelombang first order tergantung waktu: gaya exciting gelombang first order per unit amplitudo gelombang: sudut fase komponen gelombang first order: amplitudo komponen gelombang first order: fungsi spektra gelombang

Beban Gelombang Second Order

: drift force per unit amplitudo gelombang

Dengan:

Dengan: ζ : fungsi tinggi gelombang terhadap waktu F(t) : wave drift force (N) Pij dan Qij : amplitudo fase : sudut fase komponen gelombang ω : frekuensi gelombang

Faltinsen (1990)

dengan, Tmax = tegangan maksimum tali tambat (ton) TH = horizontal pre-Tension (ton) w = berat chain di air (ton/m) h = kedalaman laut (m)

Hubungan panjang tali dan offset X (Faltinsen, 1990)

MULAI

Studi Literatur

Pemodelan Struktur

Validasi Model

Analisis Hidrodinamis (RAO) Struktur saat Free Floating

Cek Hidrostatis struktur pada Booklet

A

TIDAK

SESUAI

TIDAK

SESUAI

Analisis RAO FPSO dan SBM akibat beban

lingkungan

Kesimpulan

SELESAI

Pemodelan Konfigurasi FPSO dengan SBM 1039 menggunakan Moses

A

Analisis Tension pada Mooring Line SPM dan analisis Air Gap, serta analisa offset pada

buoy

Pemodelan Konfigurasi FPSO d SBM 1041 menggunakan Mo

Data FPSO Data buoy SPM Data Lingkungan

Parameter Unit Value

Length Overall m 202.517

Length B.P m 194.0

Extream Breadth m 38.4

Breadth Moulded m 38.436

Depth Moulded m 18.6

Draught m 11.8

Parameter Unit SBM IncSBM

#1134

SBM

#1039

SBM

Belanak

Buoy

Diameter OD m 12.00 13.50 11.00 13.00

Outer Skirt

Diameterm 16.00 17.50 15.00 17.00

Height H m 5.3 4.30 3.66 4.8

Draught T m 3.20 2.27 2.80 1.65

Displacement Buoy ton 380.04 332.88 272.607 206

Descripotion Unit BuoyMooring Leg

OD m 0.095Number of Leg 4

Chain Type Studlink ChainMBL ton 584MBL kN 5727.084

Pre-Tension Ton 17.89Length of Leg m 509.02

HawserOD m 0.4318

Length m 125MBL ton 300MBL kN 2941.995

Parameter 100-Years Return PeriodKedalaman 48 m

Gelombang :Tinggi Gelombang Signifikan.

(Hs)1.9 m

Periode Puncak. (Tp) 5.3 sSpektrum JONSWAP

Arus :Kecepatan (Permukaan) Vs 0.1 m/s

Angin :Kecepatan (1 jam) 21.57 m/s

Met-Ocean Cinta Field

MAXSURF FPSO "Brotojoyo"

MOSES FPSO "Brotojoyo"

MOSES Buoy

Parameter unit Data Maxsurf Selisih Maxsurf Selisih

Displacement ton 71943.2 71835.2 0.15 % 71943.2 0 %

Loa m 202.517 202.517 0 % 202.517 0 %

Lebar m 38.4 38.4 0 % 38.4 0 %

Tinggi m 18.6 18.6 0 % 18.6 0 %

Tinggi Sarat m 11.8 11.8 0 % 11.8 0 %

cb - 0.76 0.78 2 % 0.76 0 %

WSA m2 6458 6539 1.25 % 6522 0.99 %

FPSO "Brotojoyo"

Parameter unit SBM Inc MosesSelisih

(%)SBM

#1134Moses

Selisih (%)

Displacement ton 380.04 379.57 0.47 332.88 332.39 0.49OD m 12 12 0 13.5 13.5 0

Tinggi m 5.3 5.3 0 4.3 4.3 0Tinggi Sarat m 3.2 3.2 0 2.27 2.27 0

Parameter unitSBM

#1039Moses

Selisih (%)

SBM Belanak

MosesSelisih

(%)

Displacement ton 272.607 272.38 0.23 206 205.802 0.198OD m 11 11 0 13 13 0

Tinggi m 3.66 3.66 0 4.8 4.8 0Tinggi Sarat m 2.8 2.8 0 1.65 1.65 0

Validasi Model Buoy

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(m/m

)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Surge

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.91 0.658 0.078 0.658 0.91

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(m/m

)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Sway

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

0 45 90 135 1800.004 0.651 0.942 0.651 0.004

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(m/m

)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Heave

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

0 45 90 135 1800.945 0.969 1.471 0.968 0.944

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(deg

/m)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Roll

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

0 45 90 135 1800.326 2.497 3.33 2.49 0.276

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(deg

/m)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Pitch

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

0 45 90 135 1801.466 1.625 0.402 1.433 1.364

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 0,5 1 1,5 2 2,5

RAO

(deg

/m)

frequency (rad/sec)

RAO Gerakan Yaw

Head 0

Head 45

Head 90

Head 135

Head 180

0 45 90 135 1800.006 0.342 0.032 0.363 0.006

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

RAO

(ɀ/ɀ

)

Frequency (rad/sec)

RAO Buoy Inc

Surge

Sway

Heave

Roll

Pitch

Yaw

Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

RAO

(ɀ/ɀ

)

Frequency (rad/sec)

RAO Buoy #1134

Surge

Sway

Heave

Roll

Pitch

Yaw

Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

RAO

(ɀ/ɀ

)

Frequency (rad/sec)

RAO Buoy #1039

Surge

Sway

Heave

Roll

Pitch

Yaw

Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500

RAO

(ɀ/ɀ

)

Frequency (rad/sec)

RAO Buoy Belanak

Surge

Sway

Heave

Roll

Pitch

Yaw

Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00

Tipe Buoy

Moda Gerak Struktur

Translational (m/m) Rotational (deg/m)

Surge Sway Heave Roll Pitch Yaw

SBM Inc 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209 0.00

SBM #1134 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00

SBM #1039 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00

SBM Belanak 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00

KondisiModa Gerak Struktur

Translational (m/m) Rotational (deg/m)

surge Sway Heave Roll pitch YawFree Floating 0.91 0.004 0.944 0.276 1.364 0.01

Tertambat buoy SBM Inc 0.947 0.000 0.945 0.059 1.370 0.001Tertambat buoy SBM #1134 0.952 0.000 0.945 0.023 1.369 0.001Tertambat buoy SBM #1039 0.953 0.000 0.945 0.056 1.372 0.001

Tertambat buoy SBM Belanak 0.949 0.000 0.945 0.057 1.373 0.001

Tipe BuoyModa Gerak Buoy Free Floating

Translational (m/m) Rotational (deg/m)

Surge Sway Heave Roll Pitch YawSBM Inc 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209 0.00

SBM #1134 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00SBM #1039 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00

SBM Belanak 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00

Tipe BuoyModa Gerak Buoy terikat FPSO

Translational (m/m) Rotational (deg/m)

Surge Sway Heave Roll Pitch YawSBM Inc 1.003 0.00 1.137 0.059 1.370 0.00

SBM #1134 1.011 0.00 1.037 0.060 1.369 0.00SBM #1039 1.013 0.00 1.141 0.056 1.372 0.00

SBM Belanak 1.006 0.00 1.129 0.057 1.373 0.00

In-line

Between ine

Tension Maksimum Mooring line kondisi ULS

21,9222,01

21,53

22,05

21,2021,4021,6021,8022,0022,20

L3 L3 L3 L3

SBM Inc SBM #1134

SBM #1039

SBM Belanak

Maksimum Tension (te)

Maximum Tension

20,5720,70

20,34

20,62

20,1020,2020,3020,4020,5020,6020,7020,80

L2 & L3 L2 & L3 L2 & L3 L2

SBM Inc SBM #1134

SBM #1039

SBM Belanak

Maximum Tension (te)

Maximum Tensio

In-Line Between Line

Tension maksimum pada Hawser

3,63,623,643,663,683,7

H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2

SBM Inc SBM #1134

SBM #1039

SBM Belanak

Maximum Tension Hawser (te)

Maximum Tension3,6

3,623,643,663,683,7

3,72

H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2

SBM Inc SBM #1134

SBM #1039

SBM Belanak

Maximum Tension (te)

Maximum Tension

In-Line Between Line

Tension Maksimum In Line Damage

Tipe BuoyDamag

e

Max Tension

(Te)

Line Moorin

g

Safety Factor

Remarks

SBM Inc L4 736.9 L3 0.793 Failed

SBM #1134 L3 37.750 L4 15.470 OK

SBM #1039 H12080.58

0 L40.281 Failed

SBM Belanak L3 37.460 L2 15.590 OK

Tension Maksimum Between Line Damage

Tipe Buoy DamageMax

Tension(Te)

Line Mooring

Safety Factor

Remarks

SBM Inc L2 32.970 L3 17.713 OK

SBM #1134 L3 33.340 L2 17.516 OK

SBM #1039 L2 32.220 L3 18.125 OK

SBM Belanak L2;L3 33.350 L3;L2 17.511 OK

Tipe buoy H (m)

In Line Between Line

Z positionAir gap min (m)

Z positionAir gap min (m)

SBM Inc 5.3 -3.5 1.8 -3.51 1.79

SBM #1134 4.3 -2.52 1.78 -2.53 1.77

SBM #1039 3.66 -3.17 0.49 -3.17 0.49

SBM Belanak 4.8 -1.95 2.85 -1.96 2.84

Tipe Buoy

Offset Maksimum (m)

In-Line Between Line

Arah x Arah y Arah x Arah y

SBM Inc 0.72 0 0.74 0

SBM #1134 0.76 0 0.8 0

SBM #1039 0.7 0 0.74 0

SBM Belanak 0.79 0 0.8 0

Tipe Buoy H (m)

In Line Between Line

Z position

Air gap min (m)

Tali Putus

Z positio

n

Air gap min (m)

Tali Putus

SBM Inc 5.3 -3.44 1.86 L3 -3.49 1.81 H1/H2

SBM #1134 4.3 -2.48 1.82 L4 -2.51 1.79 H1/H2

SBM #1039 3.66 -7.2 -3.54 L4 -3.15 0.51 H1/H2

SBM Belanak 4.8 -1.96 2.84 L4 -1.94 2.86 H1/H2

Tipe Buoy

Offset Maksimum (m)

Arah x Tali putus Arah y Tali putus

SBM Inc 48.95 L3 36.39 L4

SBM #1134 49.94 L3 -16.87 L2

SBM #1039 48.64 L3 15.48 L4

SBM Belanak 50.33 L3 -17.05 L2

in Line

Tipe BuoyOffset Maksimum (m)

Arah x Tali putus Arah y Tali putusSBM Inc 30.2 L2 29.85 L3

SBM #1134 30.87 L2;L3 30.55 L3SBM #1039 29.98 L2 -29.79 L2

SBM Belanak 31.23 L2;L3 -30.9 L2

Between Line

Perilaku gerak FPSO pada saat free floating cukup baguskarena mempunyai nilai RAO maksimal kurang darisatu, akan tetapi berbeda dengan RAO maksimal yangterjadi pada mode gerak heave, roll dan pitch. Untukstruktur yang berbentuk kapal ini mode gerakanheave, roll dan pitch struktur bernilai besar, akan tetapimasih dalam kriteria aman untuk dioperasikan. Nilaimaksimum gerakan sruge, sway, heave, roll, pitch dan yawmasing-masing adalah 0.91 m/m, 0.942 m/m, 1.471m/m, 3.33 deg/m, 1.625 deg/m dan 0.363 deg/m.Sedangakan perilaku gerak FPSO pada saat tertambatdengan SPM CALM untuk setiap tipe buoy dengan arahpembebanan headseas mengalami perubahan yang cukupsignifikan untuk mode gerakan roll yakni mengalamipenurunan nilai RAO sampai 21,57% - 25,3% dari RAOFPSO pada saat free floating, hal ini berlaku untuk setiapvariasi tipe buoy.

Perilaku gerak buoy pada saat terikat denganFPSO untuk arah pembebanan headseas. RAOmaksimum yang terjadi pada setiap tipe buoysaat terikat dengan FPSO mempunyai nilai yanghampir sama, dimana mode gerakan strukturapung saat terkena beban arah headseas adalahterjadi pada surge heave dan pitch, sementarauntuk mode gerakan yang lain hampir tidakmengalami gerakan. Nilai maksimum RAO untuksetiap tipe buoy masih dalam kriteria amanapalagi dioeprasikan di lingkungan cinta fieldyang memiliki tinggi gelombang signifikansebesar 1.9 m.

Berdasarkan hasil analisa Tension yang dilakukanpada kondisi ULS dan ALS serta kondisi In-linedan Between Line didapat kesimpulan bahwasistem tambat buoy SBM Inc dan buoy SBM#1039 mengalami kegagalan dikarenakanTension yang terjadi pada mooring line saatsalah satu line damage menghasilkan safetyfactor Tension pada mooring line yang kurangdari kriteria ABS. Yakni mengalami safety factoruntuk buoy SBM Inc dan buoy SBM #1039masing-masing adalah 0.793 dan 0.281sementara kriteria yang diijinkan pada ABS untukkondisi ALS (damage) adalah tidak boleh kurangdari samadengan 1.25.

Berdasarkan hasil analisa yang sudahdilakukan diatas nilai minimum air gap terjadipada SPM CALM buoy tipe SBM Belanak yaknimengalami minimal air gap 2.85 mdibandingkan dengan tipe buoy SBM #1134yang mengalami minimal air gap 1.78 m.

Jadi, berdasarkan kelima kesimpulan yangsudah dijelaskan sebelumnya dapat ditarikkesimpulan akhir bahwasanya dari empat tipebuoy yang sudah dilakukan analisa, SPM yangpaling cocok untuk diterapkan pada kinerjasistem tambat FPSO "Brotojoyo" adalah SPMCALM buoy tipe SBM Belanak. Yang ditinjauberdasarkan kriteria Tension, offset danstability (air gap) nya.

TERIMAKASIH